Магични елемент ретке земље: тербијум

тербијумприпада категорији тешких ретких земаља, са малом заступљеношћу у Земљиној кори од само 1,1 ппм.Тербијум оксидчини мање од 0,01% укупних ретких земаља. Чак иу тешкој руди ретких земаља типа са високим садржајем јона итријума са највећим садржајем тербијума, садржај тербијума чини само 1,1-1,2% укупногретке земље, што указује да припада „племенитој“ категоријиретке земљеелемената. Више од 100 година од открића тербијума 1843. године, његова оскудица и вредност дуго су спречавали његову практичну примену. То је тек у последњих 30 годинатербијумпоказао свој јединствени таленат.

Откривање историје

Шведски хемичар Карл Густаф Мосандер открио је тербијум 1843. Он је открио његове нечистоће уитријум оксидиИ2О3. Итријумје добио име по селу Итби у Шведској. Пре појаве технологије јонске размене, тербијум није изолован у свом чистом облику.

Моссандер је први подељенитријум оксидна три дела, сви названи по рудама:итријум оксид, ербијум оксид, итербијум оксид. Тербијум оксидје првобитно састављен од ружичастог дела, због елемента који је сада познат каоербијум. Ербијум оксид(укључујући оно што сада зовемо тербијум) је првобитно био безбојни део у раствору. Нерастворни оксид овог елемента се сматра браон.

Каснијим радницима је било тешко да посматрају сићушне безбојне “ербијум оксид“, али растворљиви ружичасти део се не може занемарити. Расправа о постојањуербијум оксидвише пута се појављивао. У хаосу је првобитно име обрнуто и размена имена је запела, па је ружичасти део на крају помињан као раствор који садржи ербијум (у раствору је био розе). Сада се верује да радници који користе натријум дисулфид или калијум сулфат да уклоне церијум диоксид изитријум оксидненамерно окренутитербијуму преципитате који садрже церијум. Тренутно познат као 'тербијум', само око 1% оригиналаитријум оксидје присутан, али то је довољно да пренесе светло жуту боју наитријум оксид. дакле,тербијумје секундарна компонента која га је првобитно садржавала, а контролишу га његови непосредни суседи,гадолинијумаидиспрозијум.

После, кад год другоретке земљеИз ове смеше су издвојени елементи, без обзира на удео оксида, назив тербијума је задржан до коначног смеђег оксидатербијумдобија се у чистом облику. Истраживачи у 19. веку нису користили технологију ултраљубичасте флуоресценције да би посматрали јарко жуте или зелене нодуле (ИИИ), што је олакшавало препознавање тербијума у ​​чврстим смешама или растворима.

Електронска конфигурација

Електронски изглед:

1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф9

Електронски аранжман одтербијумје [Ксе] 6с24ф9. Нормално, само три електрона се могу уклонити пре него што нуклеарно наелектрисање постане превелико да би се даље јонизовало. Међутим, у случајутербијум, полу попуњентербијумомогућава даљу јонизацију четвртог електрона у присуству веома јаког оксиданса као што је гас флуор.

Метал

”"

тербијумје сребрно-бели реткоземни метал са дуктилношћу, жилавошћу и мекоћом који се може сећи ножем. Тачка топљења 1360 ℃, тачка кључања 3123 ℃, густина 8229 4 кг/м3. У поређењу са раним лантанидним елементима, релативно је стабилан у ваздуху. Девети елемент лантанидних елемената, тербијум, је високо наелектрисан метал који реагује са водом и формира гас водоник.

у природи,тербијумникада није откривено да је слободан елемент, присутан у малим количинама у фосфорном церијум торијумском песку и силицијум берилијуму итријум руди.тербијумкоегзистира са другим ретким земним елементима у моназитном песку, са генерално 0,03% садржаја тербијума. Други извори укључују итријум фосфат и злато ретких земаља, а оба су мешавине оксида које садрже до 1% тербијума.

Апликација

Примена одтербијумуглавном укључује високотехнолошке области, које су технолошки интензивне и најсавременије пројекте са интензивним знањем, као и пројекте са значајним економским користима, са атрактивним развојним изгледима.

Главне области примене укључују:

(1) Користи се у облику мешаних ретких земаља. На пример, користи се као сложено ђубриво ретких земаља и додатак сточној храни за пољопривреду.

(2) Активатор за зелени прах у три примарна флуоресцентна праха. Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. Итербијумје незаобилазна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима.

(3) Користи се као магнетно оптички материјал за складиштење. Танки филмови од легуре прелазног метала аморфног тербијума коришћени су за производњу магнето оптичких дискова високих перформанси.

(4) Производња магнето оптичког стакла. Фарадејево ротационо стакло које садржи тербијум је кључни материјал за производњу ротатора, изолатора и циркулатора у ласерској технологији.

(5) Развој и развој феромагнетострикционе легуре тербијум диспрозијум (ТерФенол) отворио је нове примене за тербијум.

За пољопривреду и сточарство

Ретка земљатербијумможе побољшати квалитет усева и повећати брзину фотосинтезе унутар одређеног опсега концентрације. Високу биолошку активност имају комплекси тербијума, а тернарни комплекси одтербијум, Тб (Ала) 3БенИм (ЦлО4) 3-3Х2О, имају добар антибактеријски и бактерицидни ефекат на Стапхилоцоццус ауреус, Бациллус субтилис и Есцхерицхиа цоли, са антибактеријским својствима широког спектра. Проучавање ових комплекса пружа нови истраживачки правац за савремене бактерицидне лекове.

Користи се у области луминисценције

Савремени оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, и то црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. А тербијум је незаобилазна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима. Ако је рођење ТВ црвеног флуоресцентног праха у боји ретке земље подстакло потражњу заитријумиеуропиум, затим је примену и развој тербијума промовисао ретке земље три примарне боје зелени флуоресцентни прах за лампе. Почетком 1980-их, Пхилипс је изумео прву компактну штедљиву флуоресцентну лампу на свету и брзо је промовисао широм света. Тб3+ јони могу да емитују зелено светло таласне дужине од 545нм, а користе се скоро сви зелени флуоресцентни прахови ретких земаљатербијум, као активатор.

Зелени флуоресцентни прах који се користи за катодне цеви у боји (ЦРТ) одувек се углавном заснивао на јефтином и ефикасном цинк сулфиду, али тербијум прах се одувек користио као пројекцијски ТВ зелени прах у боји, као што је И2СиО5: Тб3+, И3 (Ал, Га) 5О12: Тб3+, и ЛаОБр: Тб3+. Са развојем телевизије високе дефиниције великог екрана (ХДТВ), развијају се и зелени флуоресцентни прахови високих перформанси за ЦРТ. На пример, у иностранству је развијен хибридни зелени флуоресцентни прах, који се састоји од И3 (Ал, Га) 5О12: Тб3+, ЛаОЦл: Тб3+ и И2СиО5: Тб3+, који имају одличну ефикасност луминисценције при високој густини струје.

Традиционални рендгенски флуоресцентни прах је калцијум волфрамат. Током 1970-их и 1980-их развијени су флуоресцентни прахови ретких земаља за екране за сензибилизацију, као нпр.тербијум, активирани лантан сулфид оксид, тербијум активиран лантан бромид оксид (за зелене екране) и тербијум активиран итријум сулфид оксид. У поређењу са калцијум-волфратомом, флуоресцентни прах ретке земље може смањити време рендгенског зрачења за пацијенте за 80%, побољшати резолуцију рендгенских филмова, продужити животни век рендгенских цеви и смањити потрошњу енергије. Тербијум се такође користи као флуоресцентни прашкасти активатор за медицинске екране за побољшање рендгенских зрака, што може значајно побољшати осетљивост конверзије рендгенских зрака у оптичке слике, побољшати јасноћу рендгенских филмова и значајно смањити дозу експозиције Кс-зрака. зрака на људско тело (за више од 50%).

тербијумсе такође користи као активатор у белом ЛЕД фосфору побуђеном плавом светлошћу за ново полупроводничко осветљење. Може се користити за производњу тербијум алуминијум магнето оптичких кристалних фосфора, користећи диоде које емитују плаво светло као изворе ексцитационог светла, а генерисана флуоресценција се меша са ексцитационим светлом да би се произвела чиста бела светлост

Електролуминисцентни материјали направљени од тербијума углавном укључују цинк сулфид зелени флуоресцентни прах сатербијумкао активатор. Под ултраљубичастим зрачењем, органски комплекси тербијума могу емитовати јаку зелену флуоресценцију и могу се користити као танкослојни електролуминисцентни материјали. Иако је учињен значајан напредак у проучавањуретке земљеорганских комплексних електролуминисцентних танких филмова, још увек постоји одређени јаз у односу на практичност, а истраживања о органским комплексним електролуминисцентним танким филмовима и уређајима ретких земаља су још у дубини.

Карактеристике флуоресценције тербијума се такође користе као флуоресцентне сонде. Интеракција између комплекса офлоксацин тербијум (Тб3+) и деоксирибонуклеинске киселине (ДНК) проучавана је коришћењем спектра флуоресценције и апсорпције, као што је флуоресцентна сонда офлоксацин тербијума (Тб3+). Резултати су показали да офлоксацин Тб3+сонда може да формира жлеб везивања са ДНК молекулима, а деоксирибонуклеинска киселина може значајно да појача флуоресценцију офлоксацин Тб3+ система. На основу ове промене може се одредити дезоксирибонуклеинска киселина.

За магнето оптичке материјале

Материјали са Фарадејевим ефектом, познати и као магнето-оптички материјали, широко се користе у ласерима и другим оптичким уређајима. Постоје две уобичајене врсте магнето оптичких материјала: магнето оптички кристали и магнето оптичко стакло. Међу њима, магнетно-оптички кристали (као што су итријум гвоздени гранат и тербијум галијум гранат) имају предности подесиве радне фреквенције и високе термичке стабилности, али су скупи и тешки за производњу. Поред тога, многи магнето-оптички кристали са великим Фарадејевим угловима ротације имају високу апсорпцију у краткоталасном опсегу, што ограничава њихову употребу. У поређењу са магнето оптичким кристалима, магнето оптичко стакло има предност високе пропусности и лако се прави у велике блокове или влакна. Тренутно су магнетно-оптичка стакла са високим Фарадејевим ефектом углавном стакла допирана јонима ретких земаља.

Користи се за магнето оптичке материјале за складиштење

Последњих година, са брзим развојем мултимедије и канцеларијске аутоматизације, потражња за новим магнетним дисковима великог капацитета се повећава. Танки филмови од легуре прелазног метала аморфног тербијума коришћени су за производњу магнето оптичких дискова високих перформанси. Међу њима, танки филм од легуре ТбФеЦо има најбоље перформансе. Магнето-оптички материјали на бази тербијума су произведени у великом обиму, а магнетно-оптички дискови направљени од њих се користе као компоненте за складиштење рачунара, са капацитетом складиштења повећаном за 10-15 пута. Имају предности великог капацитета и велике брзине приступа и могу се брисати и премазати десетине хиљада пута када се користе за оптичке дискове високе густине. Они су важан материјал у технологији електронског складиштења информација. Најчешће коришћени магнетно-оптички материјал у видљивом и блиском инфрацрвеном опсегу је монокристал тербијум галијум гранат (ТГГ), који је најбољи магнето-оптички материјал за израду Фарадејевих ротатора и изолатора.

За магнетно оптичко стакло

Фарадаи магнето оптичко стакло има добру транспарентност и изотропију у видљивом и инфрацрвеном подручју и може формирати различите сложене облике. Лако је производити производе великих димензија и могу се увући у оптичка влакна. Због тога има широку перспективу примене у магнето оптичким уређајима као што су магнето оптички изолатори, магнето оптички модулатори и оптички сензори струје. Због свог великог магнетног момента и малог коефицијента апсорпције у видљивом и инфрацрвеном опсегу, јони Тб3+ су постали уобичајени јони ретких земаља у магнето оптичким наочарима.

Тербијум диспрозијум феромагнетостриктивна легура

Крајем 20. века, уз континуирано продубљивање светске технолошке револуције, брзо су се појављивали нови материјали за примену ретких земаља. Године 1984. Државни универзитет Ајове, лабораторија Амес Министарства енергетике САД и Центар за истраживање површинског оружја америчке морнарице (из којег је потекло главно особље касније основане Едге Тецхнологи Цорпоратион (ЕТ РЕМА)) сарађивали су на развоју новог ретког земаљски интелигентни материјал, односно тербијум диспрозијум феромагнетни магнетостриктивни материјал. Овај нови интелигентни материјал има одличне карактеристике брзог претварања електричне енергије у механичку енергију. Подводни и електро-акустични претварачи направљени од овог гигантског магнетостриктивног материјала успешно су конфигурисани у поморској опреми, звучницима за детекцију нафтних бушотина, системима за контролу буке и вибрација, и системима за истраживање океана и подземне комуникације. Стога, чим се родио џиновски магнетостриктивни материјал тербијум диспрозијум гвожђа, добио је широку пажњу индустријализованих земаља широм света. Едге Тецхнологиес у Сједињеним Државама је 1989. године почела да производи џиновске магнетостриктивне материјале од гвожђа са тербијум диспрозијумом и назвала их Терфенол Д. Касније су Шведска, Јапан, Русија, Уједињено Краљевство и Аустралија такође развиле тербијум диспрозијум гвожђе гигантске магнетостриктивне материјале.

Из историје развоја овог материјала у Сједињеним Државама, и проналазак материјала и његове ране монополистичке примене су директно повезане са војном индустријом (као што је морнарица). Иако кинеска војна и одбрамбена одељења постепено јачају своје разумевање овог материјала. Међутим, са значајним повећањем свеобухватне националне снаге Кине, захтев за постизањем војне конкурентске стратегије 21. века и побољшањем нивоа опреме ће дефинитивно бити веома хитан. Због тога ће широка употреба тербијум диспрозијум гвоздених џиновских магнетостриктивних материјала од стране војних и националних одељења одбране бити историјска неопходност.

Укратко, многе одличне особинетербијумчине га незаменљивим чланом многих функционалних материјала и незаменљивом позицијом у неким областима примене. Међутим, због високе цене тербијума, људи су проучавали како да избегну и минимизирају употребу тербијума у ​​циљу смањења трошкова производње. На пример, магнетно-оптички материјали ретких земаља такође треба да користе јефтинедиспрозијум гвожђекобалт или гадолинијум тербијум кобалт што је више могуће; Покушајте да смањите садржај тербијума у ​​зеленом флуоресцентном праху који се мора користити. Цена је постала важан фактор који ограничава широку употребутербијум. Али многи функционални материјали не могу без тога, тако да се морамо придржавати принципа „коришћења доброг челика на сечиву“ и покушати да уштедимо употребутербијумколико год је то могуће.

 


Време поста: 25.10.2023